CN117897897A - 具有多级结构的功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的功率转换装置包括：多个转换器，分别连接到多个电池串；以及辅助电源单元，用于向该多个转换器中的每一个供应驱动功率，其中，该辅助电源单元包括：第一电压转换部，用于将来自该多个电池串的输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并输出该第二电压；以及第二电压转换部，用于通过将从第一电压转换部输出的第二电压转换为第三电压来向该多个转换器中的每一个供应驱动功率，其中，该多个转换器具有多级结构。

Description

具有多级结构的功率转换装置
技术领域
本发明涉及一种功率转换装置，并且更具体地涉及一种使用具有多级(multiple-level)结构的多个转换器和太阳能模块的功率转换装置。
背景技术
光伏发电是一种环保的能源产生方式，广泛用作现有的化学或核能发电的替代。光伏发电分为电池与转换器连接的独立式和电池与功率系统连接的关联式。一般而言，利用太阳能电池、蓄电池、功率转换装置等来配置独立发电，而功率并网系统被配置为连接到商用电源以与负载电网线路交换功率。
太阳能电池模块根据日照量、温度等具有不同的最大功率点。具有以模块为基础的最大功率点跟踪(MPPT)控制的模块级功率电子器件(MLPE)可以用于使太阳能电池操作在其最大功率点处。然而，当模块内每个电池的日照量和温度不同时，具有单个转换器的MLPE难以遵循优化的最大功率点。
如图1所示，在利用单个转换器的方法中，所有电池串联连接并输入到MLPE，MLPE对整个太阳能电池模块执行最大功率点跟踪控制。在这种情况下，当由于电池串中日照量的差异而导致每个电池串的最大功率点不同时，存在不可能对各个电池串进行最大功率点跟踪控制的问题。
另外，如图2所示，在利用单个转换器的方法的MLPE中，太阳能电池模块、DC/DC转换器和控制器被设计为具有相同的参考电位(电势)。因此，当控制器检测太阳能电池模块电压和DC/DC转换器输出电压时，可以仅利用电阻分压电路来实现电压检测电路。然而，在多级结构的MLPE中，不能照原样应用上述方法。
另外，利用单个转换器应用方法的MLPE对太阳能电池模块、DC/DC转换器、控制器和辅助电源使用同一地。由此，如图3和图4所示，可以配置辅助功率电路，该辅助功率电路用于从太阳能电池模块接收功率并向转换器、控制器等供给辅助功率。然而，在多级结构的MLPE中，不能照原样应用上述方法。
发明内容
【技术主题】
用于解决技术问题的本发明旨在提供一种使用具有多级结构的多个转换器的功率转换装置和太阳能模块。
【技术方案】
为了解决上述技术问题，根据本发明实施例的功率转换装置包括：多个转换器，分别连接到多个电池串；以及辅助电源单元，用于向该多个转换器中的每一个供应驱动功率，其中，该辅助电源单元包括：第一电压转换部，用于将来自该多个电池串的输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并输出该第二电压；以及第二电压转换部，用于通过将从第一电压转换部输出的第二电压转换为第三电压来向该多个转换器中的每一个供应驱动功率，并且其中，该多个转换器具有多级结构。
另外，第一电压转换部可以根据第一电压的范围输出不同水平的第二电压。
另外，第一电压转换部可以包括降压稳压器、升压稳压器和升降压稳压器中的至少一个。
另外，第一电压转换部可以包括降压转换器、线性稳压器、升压转换器、电荷泵和升降压转换器中的至少一个。
另外，第一电压转换部可以向在第二电压下操作的装置供电。
另外，在第一电压转换部中，多个电池串的每个输出端可以通过开关元件并联连接。
另外，第二电压转换部可以向在第三电压下操作的装置供电。
另外，第二电压转换部可以通过接收使能信号来操作。
另外，第二电压转换部可以包括隔离型转换器。
另外，第二电压转换部可以包括反激转换器、LLC转换器和正激转换器中的至少一个。
另外，可以包括第三电压转换部，该第三电压转换部将第二电压转换为第四电压并输出该第四电压。
另外，第三电压转换部可以向在第四电压下操作的装置供电。
另外，可以包括第四电压转换部，该第四电压转换部将第三电压转换为第五电压并输出该第五电压。
另外，第四电压转换部可以向在第五电压下操作的装置供电。
为了解决上述技术问题，根据本发明实施例的功率转换装置包括：多个转换器，分别连接到多个电池串；辅助电源单元，向该多个转换器中的每一个供应驱动功率；以及控制单元，监测输入信号、该多个转换器的输出信号以及在每个转换器中包括的电感器中流动的电流中的至少一个，其中，该辅助电源单元包括：第一电压转换部，用于将来自该多个电池串的输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并输出该第二电压；以及第二电压转换部，用于通过将从第一电压转换部输出的第二电压转换为第三电压来向该多个转换器中的每一个供应驱动功率，其中，第一电压转换部向控制单元供应驱动功率，其中，控制单元向第二电压转换部输出使能信号，其中，第二电压转换部通过接收该使能信号来操作，并且其中，该多个转换器具有多级结构。
为了解决上述技术问题，根据本发明实施例的太阳能模块包括：多个电池串，每个电池串包括一个或多个太阳能电池；多个转换器，分别连接到每个电池串；以及多个辅助电源单元，使用从相应的电池串输出的电压向该多个转换器中的每一个供应驱动功率，其中，辅助电源单元包括：第一电压转换部，用于将来自该多个电池串的输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并输出该第二电压；以及第二电压转换部，用于通过将从第一电压转换部输出的第二电压转换为第三电压来向该多个转换器中的每一个供应驱动功率，并且其中，该多个转换器具有多级结构。
【有益效果】
根据本发明的实施例，当使用具有多级结构的MLPE时，可以实现辅助功率电路以平稳地向每个DC/DC转换器、控制电路、PLC电路等供应辅助功率。此外，便于设计和优化具有宽输入范围的辅助功率电路。通过应用具有宽输入范围的辅助功率电路，扩大了MLPE可以操作的输入电压范围。因此，可以增加能够进行发电的条件。
附图说明
图1至图4是根据本发明的比较实施例的太阳能模块的框图。
图5是用于解释最大功率点跟踪控制的图。
图6是根据本发明实施例的功率转换装置的框图。
图7至图11是用于解释根据本发明实施例的功率转换装置的图。
图12是根据本发明另一实施例的功率转换装置的框图。
图13是用于解释根据本发明另一实施例的功率转换装置的图。
图14是根据本发明实施例的太阳能模块的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
然而，本发明的技术构思不限于要描述的一些实施例，而是可以以各种形式来实现，并且在本发明的技术构思的范围内，组成元件中的一个或多个可以在实施例之间选择性地进行组合或替换。
此外，除非明确定义和描述，否则本发明的实施例中所使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以解释为本领域技术人员通常可以理解的含义，并且通常使用的术语(诸如在词典中定义的术语)可以考虑在相关技术的上下文的含义来解释。
此外，在本说明书中所使用的术语是为了描述实施例，并不旨在限制本发明。在本说明书中，除非在短语中具体说明，否则单数形式可以包括复数形式，并且当被描述为“A、B、C中的至少一个(或多于一个)”时，这可以包括能够由A、B和C组合而成的所有组合中的一个或多个。
此外，在描述本发明的实施例的组件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)等术语。这些术语仅旨在将组件与其他组件区分开，并且这些组件的性质、次序或顺序不受这些术语限制。
并且，当一组件被描述为与另一组件“连接”、“耦接”或“互连”时，该组件不仅直接与该另一组件连接、耦接或互连，还可以包括由于该组件与另一组件之间的其他组件而“连接”、“耦接”或“互连”的情况。
此外，当被描述为形成或布置在每个组件“之上(上方)”或“之下(下方)”时，“之上(上方)”或“之下(下方)”意指不仅包括两个组件直接接触的情况，而且还包括一个或多个其他组件形成或布置在这两个组件之间的情况。此外，当表述为“之上(上方)”或“之下(下方)”时，不仅可以包括基于一个组件向上方向的含义，而且还可以包括基于一个组件向下方向的含义。
根据本实施例的修改的实施例可以包括每个实施例的一些组件连同其他实施例的一些组件。也就是说，修改的实施例可以包括各种实施例中的一个实施例，但可以省略一些组件并且可以包括其他相应的实施例的一些组件。或者，也可以反过来。实施例中描述的特征、结构、效果等被包括在至少一个实施例中，并且不一定仅限于一个实施例。此外，每个实施例中说明的特征、结构、效果等可以由实施例所属领域的技术人员相对于其他实施例进行组合或修改。因此，与这些组合和修改相关的内容应当被解释为包括在实施例的范围内。
图6是根据本发明实施例的功率转换装置的框图，并且图7至图11是用于解释根据本发明实施例的功率转换装置的图。
根据本发明实施例的功率转换装置100包括多个转换器110和辅助电源单元120，并且可以包括多个电池串130、控制单元(未示出)或用于驱动功率转换装置的各种装置。
多个转换器110中的每一个连接到多个电池串。多个转换器110中的每个转换器可以包括至少一个上开关和至少一个下开关。
这里，多个电池串130中的每一个可以包括至少一个或多个电池，并且当包括多个电池时，多个电池可以串联连接。电池串130可以是包括太阳能电池的太阳能电池串。太阳能电池串可以形成太阳能电池板。太阳能电池利用光电效应执行产生功率的太阳能发电(PV，光伏发电)。光电效应是当一定频率或更高频率的光照射(hit)到特定的金属材料时发射电子。使用p型半导体和n型半导体形成PN结，并且通过使用光电效应产生的电子产生电流来产生电功率。太阳能电池使用硅等形成并且可以形成为晶片形式。太阳能电池位于能够良好接收日照的场所、建筑物的外墙、或屋顶，并利用日照产生电功率。此时，太阳能电池可以由建筑一体化太阳能发电(BIPV)与建筑物一体形成来形成。
由于一个太阳能电池产生的功率大小不足够用于负载或功率系统中，因此可以通过以下方式产生适合使用的大小的功率：不是一个太阳能电池，而是串联连接多个太阳能电池来形成太阳能电池串。太阳能电池串可以是用于产生电功率的基本单元。可以通过将作为基本单位的多个电池串形成为面板而形成太阳能发电面板。如图5所示，太阳能电池根据日照量、温度等具有不同的电压-电流特性，并且最大功率点(MPP)也变化。(产生的功率＝电压×电流)功率转换装置控制太阳能电池在最大功率点(MPP)处操作，MPP为太阳能电池在每个条件下具有最大功率的操作点。这称为最大功率点跟踪(MPPT)，并且可以通过使用最大功率点跟踪提高太阳能发电的效率。在太阳能发电中，根据电流与电压、电压与功率之间关系的特性，最大功率可能是最大电压的约80％，而不是最大电压。由于这样的最大功率点根据太阳能电池板产生的电压和电流的大小而不断变化，因此需要不断地寻找能够产生最大功率点的点。也就是说，为了遵循最大功率而不是最大电压，可以改变电压和电流的大小以达到最大功率。即，可以在增大功率的方向减小电压并增大电流，或者可以增大电压并减小电流。
多个转换器110包括与电池串130的数量相对应数量的转换器。每个转换器110连接到对应的电池串130，接收由电池串130产生的功率，转换电压并将其输出。如图1所示，当所有电池串串联连接并使用一个转换器执行最大功率点跟踪控制时，如果电池串之间的日照量等存在差异，则难以最优地遵循最大功率点跟踪控制，使得为了有效的最大功率点估计控制，包括分别连接到多个电池串的多个转换器，以便以电池串为单位执行最大功率点跟踪控制。
转换器110是DC-DC转换器，并且可以将具有第一电压的信号转换为具有第二电压的信号并输出转换后的信号。或者，转换器110可以将具有第一电流的信号转换为具有第二电流的信号然后输出。此时，多个转换器110具有多级结构。多个转换器110可以共源共栅地(cascode)连接以形成多级。这里，共源共栅是指输出级以多级连接的形式，并且转换器的输出级根据共源共栅连接而堆叠以具有多级结构。多级是指其中每个转换器的输出信号组合起来并作为一个信号输出的结构。此时，上级转换器的输出端的(-)端子依次连接到相邻的下级转换器的输出端的(+)端子，并且最高级转换器到最低级转换器的输出被组合以形成一个信号。
控制单元向多个转换器110中的每一个施加控制信号。多个转换器110接收控制信号以执行功率转换。此时，可以执行最大功率点跟踪控制或者可以执行旁路操作。
多个转换器110中的每一个接收来自控制单元的控制信号并执行最大功率点跟踪，使得彼此连接的电池串130的功率变为最大功率。当在特定区域上形成由多个电池串形成的太阳能模块时，由于当电池串之间的日照量不同时，电池串之间的最大功率点变得不同，因此多个转换器中的每一个执行对于每个电池串的最大功率点跟踪控制，使得每个电池串中产生最大功率。通过这样，可以为每个电池串优化最大功率点跟踪控制。
需要多个转换器110根据情况执行旁路功能以按原样输出电池串的电压。当多个电池串130中的一些电池串由于遮蔽等而产生比其他电池串更低的电压时，为了通过减小每个电池串之间的电压差来减少损耗并提高效率，另一个电池串的电压可以被旁路(bypass)作为输出。
辅助电源单元120向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。
多个转换器110中的每一个可以包括至少一个上开关和至少一个下开关，并且可以通过控制上开关和下开关的导通和关断来执行功率转换。此时，上开关和下开关可以互补地导通。可以根据情况通过每个开关保持导通的时间(即，占空比)来控制每个开关。这里，占空比是指一定时段内的导通比例，也称为占空比。在功率转换操作期间，占空比可以根据要转换的功率而变化，并且在旁路操作期间，上开关的占空比可以以100％操作。开关器件可以是诸如FET、IGBT等半导体开关器件。每个开关可以是接收驱动功率以进行操作的开关元件，需要驱动功率来操作每个开关，并且辅助电源单元120提供转换器110操作所需的驱动功率。
如图7所示，可以产生辅助功率并将其提供给每个转换器。辅助功率电路可以被配置为相对于每个转换器的参考电位产生并供应辅助功率(VAUX X)。辅助功率电路向多个转换器中的每一个供应驱动功率。在图3和图4中，电池串、转换器、控制器和辅助功率都使用同一接地，与图3和图4不同，当配置为多级时，必须供应适合每级的辅助功率。使用隔离型转换器，其中，隔离型转换器的原边电路接收多个电池串的输出端中的至少一个输出端的电压，隔离型转换器根据原边电路的电压向副边电路输出电压，并且多个副边电路可以使用从隔离型转换器输出的电压向多个转换器中的每一个供应驱动功率。然而，随着电池串的电压波动范围变宽，隔离型转换器的输入电压范围也变宽，使得设计和优化变得更加困难。如果辅助功率电路无法响应很宽的输入电压范围，则即使从太阳能电池发电，MLPE也可能因辅助功率电路不工作而无法操作，因此有必要配置辅助功率电路，该辅助功率电路即使在很宽的输入范围内也可以使用。
为了在很宽的输入范围上产生辅助功率，辅助电源单元120包括第一电压转换部121和第二电压转换部122，并且可以包括第三电压转换部123或第四电压转换部124。
第一电压转换部121将多个电池串130中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压，并且第二电压转换部122将第一电压转换为第二电压。从第一转换部121输出的第二电压被转换为第三电压，以向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。
第一电压转换部121可以将多个转换器110的输出端和多个电池串130的每个输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并输出。第一电压转换部121不仅可以接收从多个电池串130输入的电压，而且可以接收从多个转换器110的输出端输入的电压。此外，电压可以从各种配置输入。
第一电压转换部121通过开关元件将多个电池串130的每个输出端并联连接，并且从多个电池串130的输出端中的至少一个输出端接收电压且进行转换并将其输出。
此时，开关元件可以是二极管。多个电池串的输出端均通过二极管连接，使得可以选择性地施加电池串电压中的最高电压。换句话说，即使某些电池串缺乏日照，也可以使用产生足够功率的其他电池串的电压来为所有转换器提供驱动功率。通过这样，还可以确保冗余。或者，自然，可以输入特定电池串的电压并将其用于供应辅助功率，而无需二极管。
第一电压转换部121不是转换电池串输出端处的电压并将其直接供应给每个转换器的驱动功率，而是将从电池串输出端中的一个输入的第一电压转换为第二电压并输出，使得供应驱动功率的第二电压转换部122可以接收输入并对其进行转换。
如图9所示，驱动功率不直接从前稳压器(其是第一电压转换部121)供应给每个转换器，而是可以通过第一电压转换部121和第二电压转换部122将驱动功率供应给每个转换器。此时，第二电压转换部122必须向多个转换器中的每一个供应驱动功率，因此可以使用多输出稳压器。通过第一电压转换部121和第二电压转换部122的两步电压转换，即使输入电压的范围很宽，辅助电源单元120也可以充分地操作。通过这样，可以使用第一电压转换部121来扩大辅助电源单元120可以正常操作的输入电压范围。通过使用第一电压转换部121可以减小第二电压转换部122的输入电压范围，可以防止向第二电压转换部122施加过电压或发生过电压，并且可以降低发生欠压锁定(UVLO)和电压欠压(BO)的电压。
第一电压转换部121可以根据第一电压的范围不同地输出第二电压的大小。当作为施加到辅助电源的电压的第一电压的范围较高时，需要对第一电压进行降压，并且可以在由于第一电压的降压而输出的电压的范围内输出第二电压。另外，当第一电压的范围较低时，需要对第一电压进行升压，并且可以在由于第一电压的升压而输出的电压的范围内输出第二电压。或者，无论第一电压的水平如何，都可以输出具有恒定电压水平的第二电压。
第一电压转换部121可以包括降压稳压器、升压稳压器和升压稳压器中的至少一个。如果第一电压的范围是第二电压转换部122难以转换电压并向多个转换器110供应驱动功率的电压范围，并且需要对第一电压进行降压或升压，则可以使用对应的稳压器将第一电压转换为第二电压并输出。
当第一电压的范围需要降压时，使用降压稳压器；当第一电压的范围需要提升时，使用升压型稳压器；而当第一电压的范围需要降压或升压时，可以使用升降压稳压器。因此，当第一电压的范围恒定时，可以使用降压稳压器、升压稳压器、升降压稳压器中的一个；而当第一电压的范围可变时，包括降压稳压器、升压稳压器和升降压稳压器中的两个或更多个稳压器，但可以选择性地使用。
第一电压转换部121可以包括降压转换器、线性稳压器、升压转换器、电荷泵和降压-升压转换器中的至少一个。当需要对第一电压进行降压时，可以使用作为降压稳压器的降压转换器或线性稳压器。当需要提升第一电压时，可以使用作为降压稳压器的升压转换器或电荷泵。当仅需要降压或升压时，电路配置相对简单并且可以以较低的材料成本实现。然而，如果需要第一电压的升压或降压，则可以包括降压-升压转换器。此时，可以使用其中输出电压不反转为负电压的非反转降压-升压转换器。非反转降压-升压转换器需要四个半导体开关，使得电路相对复杂且材料成本较高。
在构建第一电压转换部121时，可以使用级联连接的两级或更多级稳压器。两级或更多级稳压器可以包括线性稳压器、电荷泵、升压转换器和升压转换器中的至少两个。可以使用两级相同或不同类型的稳压器。在实现能够升压和降压的辅助功率电路时，可以以级联配置升压稳压器和降压稳压器。此时，无论升压稳压器和降压稳压器的排列顺序如何，都可以实现该电路。在两级稳压器配置中，升压和降压类型意味着第一电压的升压和降压是可能的。
此时，两级或更多级稳压器可以包括降压稳压器和升压稳压器。这里，降压稳压器可以包括线性稳压器和降压转换器中的至少一个，升压稳压器可以包括电荷泵和升压转换器中的至少一个。两级稳压器可以与线性稳压器、二级泵、升压转换器、升压转换器、升压转换器组合使用。在利用两级稳压器实现升降压型功能时，可以组合使用降压稳压器和升压稳压器。当将降压稳压器和升压稳压器组合时，与使用降压-升压转换器实现电压的升压和降压相比，可以降低材料成本。
如图10所示，第一电压转换部121可以根据第一电压的范围而使用不同的稳压器，该第一电压是辅助电源单元120的输入电压。
当第一电压在V1至V2的范围内时，第一电压转换部121可以被实现为降压稳压器，以限制第二电压转换部122的输入电压的上限或者防止过电压。例如，当施加到辅助电源单元120的电压为10至100V时，可以将其转换为10至12V或3.3V/5V并供应给第二电压转换部122。此时，可以使用降压转换器或线性稳压器作为降压稳压器。
当第一电压在V3至V4的范围内时，可以通过将第一电压转换部121实现为升压稳压器来限制第二电压转换部122的输入电压的下限，或者可以降低发生UVLO/BO的电压。例如，如果施加到辅助电源单元120的电压是5V至20V，则可以将其限制为12V至20V或者转换为24V并供应给第二电压转换部122。此时，可以使用升压转换器或电荷泵作为升压稳压器。
当第一电压在V3至V2范围内时，通过将第一电压转换部121实现为升降压型稳压器，减小并限制第二电压转换部122的输入电压范围以防止过电压，并且可以降低发生UVLO/BO的电压。例如，当施加到辅助电源单元120的电压为5至100V时，其可以被限制为10至15V或12V并且被供应到第二电压转换部122。此时，降压-升压转换器可以用作升降压型稳压器。
升降压型稳压器可以通过降压稳压器和升压稳压器的组合来实现。
当将降压稳压器和升压稳压器组合时，可以使用如图11所示的组合。如图11所示，第一电压转换部121可以由线性稳压器-电荷泵组合、线性稳压器-升压转换器组合、降压转换器-电荷泵组合、以及降压转换器-升压转换器组合形成。其中，与非反转降压-升压转换器相比，1至3的组合可以降低材料成本。
第一电压转换部121可以向在第二电压下操作的装置141供电。第一电压转换部121可以向不同于第二电压转换部122的在第二电压下操作的装置供电。除了多个转换器110的辅助功率之外，在产生辅助功率的过程中产生的第二电压可以供应到装置。从第一电压转换部121输出的第二电压可以用作各种装置(例如，作为控制单元的MCU、传感器、控制器、EEPROM和PLC电路)的电源。
第三电压转换部123可以将第二电压转换为第四电压并将其输出。当将使用在第一电压转换部121中产生的第二电压来供电的装置143的驱动功率与第二电压不同时，供电变得困难。因此，第三电压转换部123可以将第二电压转换为第四电压并将其输出以对应于对应装置的驱动功率。第三电压转换部123可以向在第四电压下操作的装置143供电。从第三电压转换部123输出的第二电压可以用作各种装置(例如，作为控制单元的MCU、传感器、控制器、EEPROM和PLC电路)的电源。第三电压转换部123可以是后稳压器。
第一电压转换部121可以输出与能够在第二电压转换部122中转换的电压的大小相对应的第二电压，或者可以输出与能够立即用作第二电压的装置141的额定电压的大小相对应的第二电压。也就是说，可以在第二电压转换部122可转换的电压的范围内输出第二电压，并且可以输出在所述范围内与能够立即用作功率的装置141的额定电压的大小相对应的第二电压。
第二电压转换部122接收从第一电压转换部121输出的第二电压，将第二电压转换为第三电压，并向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。第二电压转换部122可以包括隔离型转换器。隔离型转换器转换原边电路的电压并将其传递到副边电路。隔离型转换器可以根据原边电路的电压向第二副边电路输出电压。
多个转换器110中的每一个可以包括至少一个上开关和至少一个下开关，并且可以向上开关和下开关中的每一个供应驱动功率。为此，第二电压转换部122可以包括：第一副边电路，其向包括在每个转换器中的上开关供应辅助功率；以及第二副边电路，其向包括在每个转换器中的下开关供应辅助功率。通过这样，可以向上开关和下开关提供单独的驱动功率，并且上开关可以以100％占空比操作，从而提高旁路操作期间的效率。
第二电压转换部122可以包括多输出稳压器，以向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。可以通过多个输出向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。
第二电压转换部122可以是多输出隔离型转换器。此时，多输出隔离型转换器可以包括：第一输出，其向每个转换器中包括的上开关供应辅助功率；以及第二输出，其向每个转换器中包括的下开关供应辅助功率。也可以应用能够利用单个稳压器输出多个输出的隔离型转换器。通过使用能够输出多个输出的隔离型转换器，可以分别向转换器中包括的下开关和上开关供应驱动功率。也可以通过将使用副边电路的输出作为输入的单独转换器和线性稳压器组合来产生辅助功率。
第二电压转换部122可以包括反激转换器、LLC转换器和正激转换器中的至少一个。第二电压转换部122是隔离型转换器并且可以包括反激转换器、正激转换器和LLC转换器中的至少一个。
第二电压转换部122可以执行原边侧调节(primary side regulation，PSR)。可以通过参考具有与电池串130相同的参考电位的副边电路的输出电压来执行PSR，其中该电池串130的电压被施加到第一电压转换部121。可以通过参考通过变压器反射到原边侧的电压来控制副边电路部的输出。隔离型变压器可以使用第三绕组来控制第一副边电路的输出。隔离型变压器还可以通过仅参考副边电路输出电压进行控制，该副边电路输出电压基于与原边电路相同的电位。例如，当原边电路部基于地时，可以通过参考副边电路部基于地的输出电压来控制。
第二电压转换部122可以向在第三电压下操作的装置142供电。第二电压转换部122不仅可以向多个转换器110而且可以向在第二电压下操作的装置142供应第三电压的功率。除了多个转换器110的辅助功率之外，在产生辅助功率的过程中产生的第三电压也可以被供应到其他装置142。其可以用作各种装置(例如，作为控制单元的MCU、传感器、控制器、EEPROM和PLC电路)的电源。
第四电压转换部124可以将第三电压转换为第五电压并将其输出。当使用在第二电压转换部122中产生的第三电压来供电的装置144的驱动功率与第二电压不同时，供电变得困难。因此，第四电压转换部124可以将第三电压转换为第五电压并将其输出以对应于对应装置的驱动功率。第四电压转换部124可以向在第五电压下操作的装置144供电。从第四电压转换部124输出的第二电压可以用作各种装置(例如，作为控制单元的MCU、传感器、控制器、EEPROM和PLC电路)的电源。第三电压转换部123可以是后稳压器。
第二电压转换部122可以通过接收使能信号来操作。第二电压转换部122可以通过从控制单元、服务器或用户接收使能信号来操作。这里，使能信号是致使操作发生的信号，并且可以是第二电压转换部122的操作信号。控制单元可以使用由第一电压转换部121输出的第二电压或由第三电压转换部123输出的第四电压来操作。也就是说，因为其可以独立于第二电压转换部122的操作通过接收驱动功率而操作，所以在控制单元首先操作之后，当需要操作第二电压转换部122时(例如，需要向多个转换器110供应辅助功率的情况)，才可以通过向第二电压转换部122输入使能信号来使第二电压转换部122操作。由于第二电压转换部122仅在需要操作的情况下进行操作，因此可以通过减少损耗来提高效率。
另外，可以使用在预定的时间延迟之后施加使能信号的电路来延迟第二电压转换部122的输出产生的时刻。由于在功率转换装置的初始操作期间，在功率转换装置安全之前可能发生诸如过电压或过电流等各种情况，因此可以在延迟预设时间之后向第二电压转换部122施加使能信号以操作第二电压转换部122。
在实现应用于MLPE的辅助功率电路时，如上所述，通过使用第一电压转换部121和第二电压转换部122实现辅助电源单元120，便于设计和优化具有宽输入范围的辅助功率电路。通过应用具有宽输入范围的辅助功率电路，扩大了MLPE可以操作的输入电压范围，从而增加了可以进行发电的条件。
图12是根据本发明另一实施例的功率转换装置的框图。
根据本发明另一实施例的功率转换装置100包括多个电池串130、多个转换器110、辅助电源单元120和控制单元125。图12中的功率转换装置的详细描述对应于图1至图11中的功率转换装置的详细描述，并且在下面的对应描述中将省略重复的描述。
根据本发明另一实施例的功率转换装置100的多个转换器110分别连接到多个电池串130，并且多个转换器110具有多级结构。
辅助电源单元120向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。辅助电源单元120包括：第一电压转换部121，其将多个转换器110的输出端和多个电池串130的每个输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并将其输出；以及第二电压转换部122，其将从第一电压转换部121输出的第二电压转换为第三电压并向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。
控制单元125监测输入信号、输出信号和在每个转换器中包括的电感器中流动的电流中的至少一个。控制单元125可以通过电力线通信(PLC)将监测到的信息传输到外部，或者可以产生控制信号并将其施加到多个转换器110中的每一个。
多个转换器110中的每一个接收来自控制单元120的控制信号并执行最大功率点跟踪，使得彼此连接的电池串130的功率变为最大功率。当在特定区域上形成由多个电池串形成的太阳能模块时，由于当电池串之间的日照量不同时，电池串之间的最大功率点变得不同，因此多个转换器中的每一个对于每个电池串执行最大功率点跟踪控制，使得每个电池串中产生最大功率。通过这样，可以为每个电池串优化最大功率点跟踪控制。
控制单元125不仅可以执行产生用于最大功率点跟踪控制的控制信号并将其应用到多个转换器110的功能，而且还可以执行附加的不同功能。控制单元125可以监测多个转换器110的输入信号和输出信号以及在每个转换器中包括的电感器中流动的电流中的至少一个。在产生用于最大功率点跟踪控制的控制信号时，由于必须使用与从电池串130输出的电池串电压相对应的转换器的输入信号以及从转换器输出的输出信号，因此控制单元125监测转换器的输入信号和输出信号。此时可以监测输入信号的电压和电流以及输出信号的电压和电流。另外，可以监测构成转换器110的电感器中流动的电流以查看是否有过电流流动并用于过电流保护。另外，控制单元125可以监测功率转换所需的通用信息。
控制单元125可以将监测到的信息传输到更高级别的控制器或外部。此时，控制单元125可以通过电力线通信(PLC)传输监测到的信息。电力线通信是使用电力线的通信，可以使用电力线来执行通信而无需单独的通信线。此外，自然，可以使用各种类型的通信，无论是有线还是无线。
第一电压转换部121向控制单元125供应驱动功率，控制单元125向第二电压转换部122输出使能信号，并且第二电压转换部122可以通过接收该使能信号来操作。控制单元可以使用由第一电压转换部121输出的第二电压来操作。也就是说，由于控制单元125可以独立于第二电压转换部122的操作通过接收驱动功率而进行操作，因此在控制单元首先操作之后，当需要操作第二电压转换部122时(例如，需要向多个转换器110供应辅助功率的情况)，才可以通过向第二电压转换部122输入使能信号来使第二电压转换部122操作。由于第二电压转换部122仅在需要操作的情况下进行操作，因此可以通过减少损耗来提高效率。
如图13所示，第一电压转换部121可以是降压转换器，并且可以通过二极管接收每个电池串130和多个转换器110的输出电压。第二电压转换部122可以是反激式转换器。可以通过将第一电压转换部121的输出输入到第二电压转换部122来产生多个电压。通过这样，可以防止第二电压转换部122的过电压，并且可以减小第二电压转换部122的输入电压范围。除了第二电压转换部122的输入之外，第一电压转换部121的输出也可以用作控制电路(例如，作为控制单元125的MCU、传感器、控制器、EEPROM和PLC电路)的电源。第二电压转换部122可以通过参考从控制单元125施加的使能信号来确定是否产生输出电压。第二电压转换部122的输出可以用作操作多级DC/DC转换器、控制电路等的电源。
图14是根据本发明实施例的太阳能模块的框图。
根据本发明实施例的太阳能模块200包括多个电池串130、多个转换器110和辅助电源单元120。图14中的太阳能模块的详细描述对应于图1至图12中的功率转换装置的详细描述，因此下面将省略重复的描述。
根据本发明实施例的太阳能模块200的多个电池串130中的每一个包括一个或多个太阳能电池，并且多个转换器110分别连接到多个电池串130，并且多个转换器110具有多级结构。
辅助电源单元120向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。辅助电源单元120包括：第一电压转换部121，其将多个电池串中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并将其输出；以及第二电压转换部122，其将从第一电压转换部121输出的第二电压转换为第三电压并向多个转换器110中的每一个供应驱动功率。
与本实施例相关的领域的技术人员将能够理解，可以在不背离以上描述的本质特征的范围内以修改形式来实现本实施例。因此，所公开的方法将被认为是说明性的而不是限制性的。本发明的范围在权利要求中示出，而不是在前面的描述中示出，并且等同范围内的所有差异应当被解释为包括在本发明中。

Claims (10)

1.一种功率转换装置，包括：
多个转换器，分别连接到多个电池串；以及
辅助电源单元，被配置为向所述多个转换器中的每一个供应驱动功率，
其中，所述辅助电源单元包括：
第一电压转换部，被配置为将来自所述多个电池串的输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并输出该第二电压；以及
第二电压转换部，被配置为将从所述第一电压转换部输出的所述第二电压转换为第三电压并向所述多个转换器中的每一个供应驱动功率，以及
其中，所述多个转换器构成多级。
2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述第一电压转换部根据所述第一电压的范围输出不同水平的第二电压。
3.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述第一电压转换部包括降压稳压器、升压稳压器和升降压稳压器中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述第一电压转换部包括降压转换器、线性稳压器、升压转换器、电荷泵和降压-升压转换器中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述第一电压转换部向在所述第二电压下操作的装置供电。
6.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，在所述第一电压转换部中，所述多个电池串的每个输出端通过开关元件并联连接。
7.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述第二电压转换部向在所述第三电压下操作的装置供电。
8.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述第二电压转换部通过接收使能信号来操作。
9.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述第二电压转换部包括绝缘型转换器。
10.一种功率转换装置，包括：
多个转换器，分别连接到多个电池串；
辅助电源单元，被配置为向所述多个转换器中的每一个供应驱动功率；以及
控制单元，被配置为监测所述多个转换器的输入信号、输出信号以及在每个转换器中包括的电感器中流动的电流中的至少一个，
其中，所述辅助电源单元包括：
第一电压转换部，被配置为将来自所述多个转换器的输出端和所述多个电池串的每一个输出端中的至少一个输出端的第一电压转换为第二电压并输出该第二电压；以及
第二电压转换部，被配置为将从所述第一电压转换部输出的所述第二电压转换为第三电压并向所述多个转换器中的每一个供应驱动功率，
其中，所述第一电压转换部向所述控制单元供应驱动功率，
其中，所述控制单元向所述第二电压转换部输出使能信号，
其中，所述第二电压转换部通过接收所述使能信号来操作，以及
其中，所述多个转换器构成多级。
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